一、实验目的
1． 测定套管式换热器的总传热系数K ；
2． 测定圆形直管内传热膜系数α，并学会用实验方法将流体在管内对流及强制对流 时的实验数据整理成包括传热膜系数α的准数方程式；
3． 了解并掌握热电偶和电位差计的使用及其温度测量。 二、基本原理
1．测定传热系数K
根据传热速率方程式：m T KA ∆=φ （1）
m T A K ∆=φ
（2）
式中： φ传热速率，W ； K 总传热系数，W/(m 2·℃)；
A 传热面积； m T ∆两流体的平均温度差。
实验时，若能测定或确定φ、A 和，则可测定K 。
m T ∆⑴ 实验是测定蒸汽加热空气时的对流传热总传热系数，其中蒸汽通加套管环隙加热内管的空气，具体的流程如下：
在不考虑热损失的条件下，有
)(122211T T c q r q p −==m m φ （3）
式中： q m1— 蒸汽冷凝液的质量，kg/s ； r 1 — 蒸汽冷凝潜热，J/kg ；
q m2— 空气的质量流量，kg/s ； c p2 — 空气的定压比热，J/(kg ·K)；
T 1、T 2— 空气的进出口温度，℃； T W1、T W2— 内管外壁温度与内壁温度，℃。 实验中传热速率φ按空气的吸热速率计算。其中空气的质量流量由孔板流量计测量其 体积流量后转化为质量流量。即：
q m =t ρq V （4）
式中： t ρ—为空气进出口平均温度下的密度，kg/m 3。
q V — 为空气的体积流量，m 3/s 。
本实验中，空气的体积流量由孔板流量计测量并通过压力传感器将其差压数字在显示仪表上显示出。20℃ 下空气流量由公式（5）计算。
6203.000)(p C q t ∆×=V （5）
其中， — 20℃ 下的体积流量，m 0t q V 3/h ；
ojuC 0— 孔板流量系数，本实验装置中其值为22.696。
p ∆—孔板两端压差，kPa 。
则实验条件下的空气流量q V (m 3/h)则需按下式计算：
2732730t T q q t t ++×=V V 式中：t q V —实验条件（管内平均温度）下的空气流量，m 3/h 。
T —换热器管内空气的平均温度，℃。
⑵ 传热推动力m T ∆
2
11112ln T T T T T T T w w m −−−=∆ （6） 2．测定传热膜系数
在蒸汽-空气换热系统中，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数K 与传热膜系数α的关系为：
牧草收割机
2
1111αα+≈K （7）
式中：1α—管壁对空气的传热膜系数，W/(m 2.K)。
2α—蒸汽对管壁的传热膜系数，W/(m 2.K)。
工位管理系统
由于蒸汽冷凝传热膜系数远大于管壁对空气的传热膜系数，即12αα>>，所以有：
1α≈K （8）
3．求α与Re 的定量关系式
由量纲分析法可知，空气在园形直管中强制对流被加热时的传热膜系数符合下列关联式：
带写字板的椅子4.0r n e p AR Nu = （9）
式中A 与n 为待定系数与指数。
本实验通过调节空气的流量，测得对应的传热膜系数，然后，将实验数据整理为Re 与Nu 等特征数，再将所得的一系列Re ~Pr 4
.0Nu 数据，通过双对数坐标作图或回归分析法求得待定系数A 和指数n ，进而得到传热膜系数α与Re 的经验公式。
三、装置与流程
1．实验装置的结构参数
表1 实验装置结构参数 实验内管内径d i （mm ）
20.00 实验内管外径d o （mm ）
22.0 实验外管内径D i （mm ）
50 实验外管外径D o （mm ）
57.0 测量段（紫铜内管）长度l （m ）
1.00 丝径h
（mm ）
1 强化内管内插物 （螺旋线圈）尺寸 节距H
（mm ）水泵远程监控
40 操作电压 ≤200伏 加热釜 操作电流 ≤10安
2．实验装置流程
本实验装置是由两套套管换热器组成，其中一条是内管为光滑管的套管换热器，另一条是内管内部插有螺旋线圈套管换热器，实验装置流程图所示。
空气-水蒸气传热综合实验装置流程图机
1. 普通套管换热器；
2. 内插有螺旋线圈的强化套管换热器；
3. 蒸汽发生器；4、旋涡气泵；5、旁路调节阀；6、孔板流量计；7、风机出口温度（冷流体入口温度）测试点；8、9空气支路控制阀；10、11、蒸汽支路控制阀；12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位计；18、冷凝液回流口
空气由风机4输送经阀门8或9，进入换热器1或2的内管，经换热器后排空，由蒸汽发生器来的蒸汽经阀门11或10进入换热器的环隙空间，换热后未冷凝的蒸汽由阀13或12放空，空气流量通过孔板流量计6决定，空气入传热管测量段前的温度T′1( ℃)、空气出传热管测量段时的温度T′2 ( ℃)均由电阻温度计测量；管外壁面平均温度T w( ℃)由铜─康铜组成的热电偶测得，并通过数字显示仪表直接读出。
四、操作步骤
1．实验前的准备，检查工作。
(1) 向电加热釜加水至液位计上端红线处。
(2) 检查空气流量旁路调节阀是否全开。
(3) 检查蒸气管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。
(4) 电源是否完好。
2．实验开始—人工实验操作。
(1) 合上电源总开关。
(2) 打开加热电源开关，设定加热电压(不得大于200V)，直至有水蒸气冒出，在整个实验过
程中始终保持换热器出口处有水蒸气。
(3) 启动风机并用放空阀来调节流量。在一定的流量下稳定5～10分钟后分别测量空气的流量、空气进出口的温度。温度由显示仪显示，切换开关：1-光滑管空气入口温度；2-光滑管空气出口温度；3-粗糙管空气入口温度；4-粗糙管空气出口温度；5-加热器内温度。换热器内管壁面的温度由双路显示仪（上面光滑管壁面热电势；下面粗糙管壁面热电势）测得。然后改变流量，稳定后分别测量空气的流量、进出口的温度及壁面温度，再继续实验。
(4) 实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。
3．计算机数据采集：
(1) 启动计算机并按照操作说明进行操作。
(2) 合上电源总开关，打开加热电源开关，设定加热电压(电压设定见附录不得小于200V)，直至有水蒸气冒出，在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气。
(3) 计算机数据采集实验
(a) 用放空阀来调节流量，待操作稳定后计算机分别对空气流量，空气进出口温度，水蒸气进出口温度进行采集。
(b) 在改变流量稳定后分别测量空气的流量，空气进出口的温度，换热器水蒸气温度，继续进行实验。
(c) 计算机对所有的实验数据进行计算和整理，得出实验结果，并通过显示器和打印机显示或打印出来。
(d) 通过显示器和打印机显示或打印出实验结果。
4．注意事项
(1) 实验前将加热器内的水加到指定的位置，防止电热器干烧损坏电器。
(2) 计算机数据采集和过程控制实验时，应严格按照计算机使用规程操作计算机，采集数据和控制实验时要注意观察实验现象。
(3) 刚刚开始加热时，加热电压在(180V)左右。
(4) 约加热十分钟后，可提前启动鼓风机，保证实验开始时空气入口温度T′1(℃)比较稳定。
5．使用本实验设备应注意的事项
(1) 检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内，特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
(2) 必须保证蒸汽上升管线的畅通，即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
(3) 必须保证空气管线的畅通，即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。
(4) 电源线的相线，中线不能接错，实验台架一定要接地。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议